1: Sistema nervoso

RUOLO DEI CANALI VOLTAGGIO DIPENDENTI SUL POTENZIALE D’AZIONE

Come sappiamo la permeabilità della membrana agli ioni varia in base all’apertura e

chiusura dei canali voltaggio dipendenti per il sodio e per il potassio.

Per quanto riguarda il sodio e la sua influenza sul potenziale di azione dobbiamo dire che nei

canali per il sodio esistono due tipi di porte:

_porte di attivazione: causano l’apertura dei canali per il sodio durante la fase di depolarizzazione

di un potenziale d’azione

_porte di inattivazione causano la chiusura dei canali per il sodio durante la ripolarizzazione.

 PER L’APERTURA DI UN CANALE PER IL SODIO E’ NECESSARIO CHE QUESTE DUE

PORTE SIANO APERTE

a riposo: porta di inattivazione aperta ______ porta di attivazione chiusa

in questa situazione il canale è in grado di aprirsi in risposta ad uno stimolo depolarizzante che

determina l’apertura della porta di attivazione. Quando entrambe le porte sono aperte il sodio

penetra nella cellula e questo succede durante la depolarizzazione. Dopo un secondo la porta di

inattivazione si chiude ed è incapace di aprirsi fino al ritorno del potenziale di riposo) in questa

situazione il canale è chiuso e incapace di aprirsi in risposta allo stimolo.

Per il potassio invece esiste una sola porta, nel momento in cui la porta di inattivazione del sodio si

chiude quella del canale potassio inizia ad aprirsi. Questo

aumento di cariche positive verso l’esterno della cellula

provoca la ripolarizzazione, avvenuto ciò lo stimolo

depolarizzante si inibisce e i canali per il potassio iniziano a

chiudersi lentamente.

PROPAGAZIONE DEI SEGNALI D’AZIONE  LA

CONDUZIONE SALTATORIA

E’ un tipo particolare di conduzione senza decremento, che si

osserva negli assoni mielinici. Negli assoni mielinici i potenziali d’azione si generano a livello dei

nodi di Ranvier che presentano un’elevata concentrazione di canali per il sodio e per il potassio.

Qui i potenziali d’azione si propagano fino a raggiungere il terminale assonico. Il salto del

potenziale da un nodo di Ranvier all’altro è il motivo per cui la conduzione prende questo nome.

Succede questo: la depolarizzazione avviene in piccoli tratti alla volta, la zona depolarizzata

presenta un’inversione del potenziale di membrana, cioè fa si che l’interno sia più positivo

dell’esterno, questa inversione crea la differenza di potenziale, le cariche positive della zona

depolarizzata si avvicinano alle cariche negative poste sulla membrana e man mano le cariche

positive si avvicinano sempre di più alla zona vicina per depolarizzarla.

La variabilità del potenziale d’azione segue il principio del tutto o nulla: se una membrana è

depolarizzata fino al valore soglia o oltre si genera un potenziale d’azione che ha sempre la stessa

ampiezza, se la membrana non è depolarizzata fino al valore soglia non si genera alcun

potenziale.

TRASMISSIONE SINAPTICA E INTEGRAZIONE NEURONALE

SINAPSI ELETTRICHE  sono presenti tra neuroni e tra neuroni e cellule gliali. A livello di queste

sinapsi le membrane cellulari adiacenti sono collegate mediante giunzioni comunicanti in modo

tale che tale segnale elettrico si possa propagare direttamente ad una cellula adiacente. Le sinapsi

elettriche permettono una rapida comunicazione tra neuroni questa comunicazione può essere

eccitatoria o inibitoria a livello della stessa sinapsi perché in queste giunzioni può essere condotta

una corrente depolarizzante o iperpolarizzante.

SINAPSI CHIMICHE  un neurone può formare sinapsi con altri neuroni o con cellule effettrici

come quella ghiandolare e muscolare. In questo tipo di sinapsi i neuroni secernono un

neurotrasmettitore nello spazio extracellulare in risposta ad un potenziale d’azione che arriva alla

sua terminazione sinaptica.

In neurotrasmettitore si legherà ad un recettore presente sulla membrana in modo tale da dare

origine ad un segnale elettrico che porterà alla generazione di un potenziale d’azione.

Nella maggior parte dei casi il terminale assonico del neurone presinaptico forma sinapsi con un

dendrite o con il corpo cellulare del neurone postsinaptico, in tal caso le sinapsi sono definite

assodendritiche ed assosomatiche.

Come funziona una sinapsi chimica?

Il terminale assonico del neurone presinaptico contiene numerose vescicole

sinaptiche che contengono le molecole del neurotrasmettitore. Nella

membrana dei terminali assonici sono presenti numerosi canali voltaggio

dipendenti per il calcio, che si aprono quando la membrana del terminale

sinaptico è depolarizzata all’arrivo del potenziale d’azione. Dunque

Arriva il potenziale d’azione (1) i canali per il calcio di aprono (2)  gli ioni

calcio penetrano nel terminale assonico aumentando la concentrazione di

calcio citosolico  il calcio determina la fusione delle vescicole con i siti di

attacco della membrana presinaptica  avviene l’esocitosi del

neurotrasmettitore nella fessura sinaptica (3) il neurotrasmettitore diffonde

nella membrana del neurone postsinaptico (4) interagisce con i recettori e

genera una risposta nel neurone postsinaptico (5)

(6-7-8)  eliminazione del neurotrasmettitore (degradate da enzimi, ricaptate

dalla membrana presinaptica, diffuse lontano dalla fessura sinaptica)

LA RISPOSTA POST-SINAPTICA

La risposta post-sinaptica è una variazione della permeabilità di canali ionici con conseguente

flusso di corrente e variazione del potenziale di membrana della cellula post-sinaptica. Può avere

due meccanismi: GATING DIRETTO E GATING INDIRETTO

GATING DIRETTO (RISPOSTA VELOCE)

Si verifica quando un neurotrasmettitore si lega ad un recettore canale chiamato recettore

ionotropo (tutti i recettori canale sono ligando-dipendenti). Il legame del neurotrasmettitore apre il

canale ionico permettendo agli ioni di attraversare la membrana cellulare del neurone

postsinaptico modificandone il potenziale, tale potenziale prende il nome di potenziale

postisinaptico o PPS. Abbiamo due tipi di potenziale postsinaptico, eccitatorio o inibitorio.

POTENZIALI POSTSINAPTICI ECCITATORI VELOCI (PPSE) il neurotrasmettitore si lega al

recettore postsinaptico che si apre permettendo a ioni sodio e potassio di muoversi lungo la

membrana, quando il canale si apre il flusso del sodio verso l’interno prevale sul flusso di potassio

all’esterno provocando una depolarizzazione.

POTENZIALI POSTSINAPTICI INIBITORI (PPSI)  il legame del neurotrasmettitore e del recettore

apre canali per il sodio e per il potassio. Il potassio fuoriesce dalla cellula provocando una

iperpolarizzazione.

I neuroni differiscono per i meccanismi di trasporto degli ioni cloruro. Nei neuroni in cui gli ioni

cloruro sono attivamente trasportati fuori dalla cellula la forza elettrochimica spinge l’anione ad

entrare dentro perché è più concentrato nel liquido extracellulare, in questo caso quindi il cloruro si

sposta verso l’interno della cellula generando una iperpolarizzazione.

In altri neuroni invece gli ioni cloruro vengono diffusi attraverso dei canali, permettendo agli ioni di

essere in equilibrio all’interno e all’esterno della cellula. Se lo ione cloruro è in equilibrio l’apertura

di canali non causerà la variazione del potenziale di membrana.

GATING INDIRETTO (RISPOSTA LENTA)

Questo tipo di risposta è causata dal legame del neurotrasmettitore e recettori accoppiati a loro

volta ad una proteina G, questi recettori vengono chiamati recettori metabotropi.

Le funzioni della proteina G sono:

_fungere da connessione tra neurotrasmettitore, canale ionico e recettore

_innescare l’attivazione o l’inibizione di un sistema di secondi messaggeri che attiva o inibisce

l’apertura del canale.

POTENZIALI POSTSINAPTICI ECCITATORI VELOCI quando il neurotrasmettitore interagisce

con il recettore attiva la proteina G  questa attiva l’enzima adrenilato ciclasi  questo catalizza la

conversione di ATP in AMP ciclico  il cAMP agisce come secondo messaggero attivando la

proteina chinasi A  questa catalizza il trasferimento del gruppo fosfato al canale per il potassio  si

chiude il canale potassio

La chiusura del canale implica una minor uscita di ioni potassio e una costante uscita di ioni sodio

il risultato netto è che la membrana si polarizza.

INTEGRAZIONE NEURONALE

L’assone di ogni neurone ha spesso molti collaterali che comunicano con molti neuroni. Allo stesso

modo un neurone di solito riceve segnali da molti neuroni attraverso un’organizzazione chiamata

convergenza. Il monticolo assonico del neurone postsinaptico funziona come un integratore di

segnali di arrivo, cioè somma tutti gli input che arrivano da tutte le sinapsi attive. La sommazione

algebrica di PPSE e PPSI è definita INTEGRAZIONE NEURONALE e opera seguendo la regola

sotto

Un potenziale d’azione viene generato solo quando il potenziale di membrana è depolarizzato fino

al valore soglia a livello del monticolo assonico, se il potenziale di membrana rimane sotto la soglia

non si verifica nessun potenziale d’azione. Ci sono due tipi di sommazione, temporale e spaziale.

Nella sommazione temporale due o più potenziali sono generati in

rapida successione a livello della stessa sinapsi, cosi il potenziale

postsinaptico non ha il tempo di dissiparsi prima dell’arrivo del

successivo. Quando succede questo i potenziali postsinaptici si

sovrappongono.

Nella sommazione spaziale due o più potenziali postsinaptico

sono generati quasi contemporaneamente in modo tale da

potersi sommare tra loro.

NEUROTRASMETTITORI IMPORTANTI

_Acetilcolina (ACh) è rilasciata da neuroni del sistema nervoso

centrale e periferico. È sintetizzata a partire dalla colina a

opera dell’enzima CAT acetiltrasferasi. Una volta sintetizzata è

immagazzinata nelle vescicole sinaptiche fin quando un

potenziale d’azione non ne determina il rilascio per esocitosi.

_Ammine biogene derivano dagli amminoacidi, tra queste abbiamo dopamina, noradrealina,

adrenalina, istamina, serotonina. Dopamina e noradrenalina sono rilasciati dai terminali sinaptici

dei neuroni del sistema nervoso centrale. La noradrenalina è presente anche nel periferico.

L’adrenalina è rilasciata dai neuroni del SNC ma è prevalentemente un ormone secreto dalla

midollare del surrene in risposta a comandi provenienti dal simpatico.

_Amminoacidici rappresentano la classe più rappresentata dal SNC. Aspartato e glutammato sono

neurotrasmettitori eccitatori, glicina e GABA sono neurotrasmettitori inibitori.

IL SISTEMA NERVOSO CENTRALE

Le strutture che proteggono il tessuto nervoso sono la scatola cranica che circonda il cervello e la

colonna vertebrale, a proteggere il SNC vi sono tre membrane di tessuto connettivo, l